Batterieland Steiermark

18. Februar 2019

 

(© TU Graz/Helmut Lunghammer)

Die Wende hin zu erneuerbaren Energien, die Dynamik in der E-Mobility und die strengen Abgasvorschriften der EU – ab 2021 muss der durchschnittliche CO2-Ausstoß von Neuwagen auf unter 95 g/km sinken – treiben die Batterieentwicklung voran. Wie kann eine Batterie leistbarer werden, so energieeffizient und ressourcenschonend wie möglich arbeiten? Im Green Tech Valley rundum Graz laufen Forschung und Produktion von optimierten Speicherlösungen auf Hochtouren. Sie beziehen Sicherheitsparameter und den Lebenszyklus von Batteriesystemen mit ein.


 

Samsung SDI produziert Antriebsbatterien für E-Autos nahe Graz

Im Werk von Samsung SDI Battery Systems in Premstätten bei Graz werden Akkus für Autos produziert – derzeit vor allem Plug-in-Hybrid-Batterien. Die leistungsfähigen „Battery Packs“ kommen bei PKWs mit Verbrennungs- und Elektromotor zum Einsatz. Sie bestehen aus 100 bis 200 Lithium-Ionen-Zellen und sind auf höchste Energieinhalte optimiert. Aufgrund der hohen Systemspannung von 400 bis 800 Volt und um effizient große Stückzahlen unter hohen Qualitätsanforderungen zu fertigen, werden an ausgewählten Stationen im Produktionsprozess Roboter eingesetzt. Im Dienste der Sicherheit müssen die „Battery Packs“ entwicklungsbegleitend Prüfungen zu mechanischen und elektrischen Extrembelastungen wie Crashtests, Hitzetests oder Überladung standhalten. Das Design wurde von vornherein mit dem Recyclingprozess abgestimmt. Die Recyclingquote von 76 % beruht auf dem mit einem österreichischen Partner entwickelten Verfahren.

Möglichst hohe Reichweiten, niedrige Kosten und ein rasches Wiederaufladen sind wesentliche Anforderungen an Batteriesysteme in der Automobilbranche. Derzeit können Batterien bis Leistungen zu 150 kW in 10 bis 15 Minuten aufgeladen werden, ab 2022 sollen es bis zu 300 kW sein. Samsung setzt auf die Lithium-Ionen-Technologie: Sie bietet derzeit die höchste Energiedichte aller in serienreife verfügbaren Energiespeichertechnologien.

 

F&E zielt auf 100 €/kWh

Der Elektromobilität werden vor allem sinkende Kosten zum Wachstum verhelfen, da sind sich Experten der Branche einig. Der Durchbruch liegt bei 100 € pro Kilowattstunde Speicherkapazität – ab diesem Betrag sind E-Autos mit konventionellen Fahrzeugen konkurrenzfähig. Derzeit liegen die Preise bei über 250 €/kWh. Innerhalb der nächsten fünf Jahre könnte dieses wichtige Ziel durch standardisierte Herstellungsverfahren, Mengenvorteile und Technologiesprünge erreicht werden. Am Ausbau der Reichweiten in Richtung 800 Kilometer wird intensiv gearbeitet. „Wir werden sicherlich in den nächsten Jahren eine Steigerung erleben, es ist eine spannende Zeit. Wer aktuelle Trends in den Batteriesystemen nicht erkennt, wird am Ende das Nachsehen haben“, sagt Martin Wilkening von der TU Graz. Während bei Lithium-Ionen-Systemen Aktivmaterialien optimiert werden, legt IBM den Fokus auf Lithium-Luft-Prototypen. Bosch beschäftigt sich intensiv mit Festkörperbatterien.

Wilkening forscht auf dem Gebiet der keramischen Lithium-Batterien. „Batterien mit so einem Kern überstehen leicht Temperaturen bis 100 °C, viele müssen sogar auf 60 oder 80 °C erwärmt werden, um auf Betriebstemperatur zu kommen. Darunter werden die Ladevorgänge zu träge, die Batterie verliert rapide an Leistungsumfang. Für Hybridfahrzeuge könnte die Bereitstellung von 60 oder 80 °C kein Problem darstellen“, so Wilkening. Der Sicherheitsaspekt erhöht sich, da die Batterien keine entflammbaren flüssigen Elektrolyte mehr enthalten.

 

Sichere Nutzung & Recycling

Im Projekt SafeBattery in Kooperation mit Wolfang Sinz von der TU Graz werden die multiphysikalischen Vorgänge in den Batterien von Elektroautos bei Unfällen, aber auch Alterungsprozesse im Normalbetrieb analysiert. Das Vehicle Safety Institute und das Virtual Vehicle Research Center sind Forschungspartner. Auch der steirische Antriebsspezialist AVL List hat mit dem neuen Battery Lab acht neue Prüfräume für den hohen Voltbereich in Betrieb genommen.

Welches Risikopotenzial haben Lithium-Batterien allerdings in Abfallsystemen? Entsorgungsmengen, aber auch Unfälle und Schadensfälle haben zugenommen. 55 % der Batterien werden über Sammelstellen entsorgt. In welchen Stoffströmen sich die restlichen 45 % bewegen, was bei mechanischer Beschädigung oder direkter Entsorgung im Gerät passieren kann, „dazu gibt es noch kaum wissenschaftliche Fakten“, sagt Thomas Nigl. Im Forschungsprojekt BAT-SAFE hat sich die Montanuniversität Leoben in Kooperation mit dem Green Tech Cluster und nationalen Partnern die Ursachenforschung bei bisherigen Schadensfällen und die Risikobewertung für einzelne Stoffströme zum Ziel gesetzt.

 

Neues Leben für gebrauchte Batterien

Das im Rahmen des Green Energy Labs durchgeführte Projekt „SecondLife“ befasst sich mit der Weiterverwendung bereits genutzter Batterien aus der Elektromobilität. Second-life-Akkus werden zu größeren, stationären Stromspeichern zusammengefasst und werden dann zur Lastspitzenabdeckung („peak shaving“) und zur Eigenstromoptimierung im industriellen Sektor eingesetzt. Als Pilotprojekt wird eine großtechnische Speicheranlage gebaut und an zwei Standorten getestet. Diese Speicheranlage wird ausschließlich auf Basis von Second-life-Batterien betrieben werden.

Weitere Infos zu einem Spezialfass für das Recycling von Lithium-Ionen Batterien, welches im Rahmen von BAT-Safe entwickelt wurde finden Sie hier.

Mehr zu „BAT-SAFE“
Mehr zu „SecondLife“

(© TU Graz/Helmut Lunghammer)

Die Steiermark ist einer der wenigen Batteriehotspots weltweit, der die gesamte Wertschöpfungskette von der Entwicklung über die Produktion bis hin zum Recycling an einem Standort vereint. © TU Graz/Helmut Lunghammer)

 
 

Kontakt

Andreas Pompenig
Green Tech Cluster
0316 40 77 44 16
pompenig@greentech.at
http://www.greentech.at

 
Zurück zur Übersicht
 
 

Weitere News zu diesem Thema

Einzigartiges „Tonne zu Tonne“-System

Der steirische Entsorgungsspezialist Saubermacher setzt in Zukunft auf Abfallsammelbehälter, die beinahe zu 100 % aus alten Abfalltonnen bestehen. mehr →


Cluster-Empfang: Klimaschutz ist die neue Mondlandung

Der Green Tech Cluster-Empfang am 8. Juli im aiola im Schloss stand ganz im Zeichen von grünen Pionierleistungen. mehr →


Nachlese: Labor für Innovation

Am 18. Juni 2019 fanden sich rund 50 Gäste im Labor für Innovation an der TU Graz ein, um einen Nachmittag im Zeichen des „Selbermachens“ und Entwickelns von innovativen Ideen zu verbringen. mehr →